最新《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计精品课件 98页

机械零件选材(xuǎncái)原则第一页，共98页。 一、机械零件正确选材的使用性能原则使用性能主要是指零件在使用状态下材料应该具有的机械性能、物理性能和化学性能。对大量机器零件和工程构件，则主要是机械性能。对一些特殊(tèshū)条件下工作的零件，则必须根据要求考虑到材料的物理、化学性能。材料的使用性能应满足使用要求。使用性能原则(yuánzé)第二页，共98页。 二、零件使用时的工作条件（1）受力状况 主要是载荷的类型(例如动载、静载、循环载荷或单调载荷等)和大小；载荷的形式(xíngshì)；载荷的特点等。（2）环境状况 主要是温度特性、介质情况等。（3）特殊要求 如对导电性、磁性、热膨胀、密度、外观等的要求。第三页，共98页。 三、零件根据使用性能选材的步骤第一步:通过对零件工作条件和失效形式的全面分析，确定零件对使用性能的要求；第二步:利用使用性能与实验室性能的相应(xiāngyīng)关系，将使用性能具体转化为实验室机械性能指标；第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的载荷，计算出零件中的应力分布；第四步:由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；第五步:利用手册根据使用性能选材。第四页，共98页。 工作条件零件应力种类载荷性质受载状态常见的失效形式要求的主要机械性能紧固螺栓拉，剪应力静载—过量变形，断裂强度，塑性传动轴弯，扭应力循环，冲击轴颈摩擦，振动疲劳断裂，过量变形，轴颈摩损综合机械性能传动齿轮压，弯应力循环，冲击摩擦，振动齿折断,磨损,疲劳断裂,接触疲劳(麻点)表面高强度及疲劳极限，心部强度、韧性弹簧扭，弯应力交变，冲击振动弹性失稳，疲劳破坏弹性极限，屈强比，疲劳极限冷作模具复杂应力交变，冲击强烈摩擦磨损，脆断硬度，足够的强度，韧性常用零件的工作(gōngzuò)和失效形式第五页，共98页。 由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下情况：材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。材料的性能与加工处理时试样的尺寸有关，必须考虑零件尺寸与手册中试样尺寸的差别(chābié)，进行适当的修正。材料的化学成分、加工处理的工艺参数本身都有一定波动范围。第六页，共98页。 工艺性能原则(yuánzé)材料的工艺性能应满足生产工艺的要求，这是选材(xuǎncái)必须考虑的问题。第七页，共98页。 1.性能要求不高的一般金属零件选材的工艺路线毛坯正火或退火切削加工零件。2.性能要求较高的金属零件选材的工艺路线毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、回火，固溶时效(shíxiào)或渗碳处理等)精加工零件。3.性能要求较高的精密金属零件选材的工艺路线毛坯预先热处理(正火、退火)粗加工最终热处理(淬火、低温回火、固溶、时效(shíxiào)或渗碳)半精加工稳定化处理或氮化精加工稳定化处理零件。这类零件除了要求有较高的使用性能外，还要有很高的尺寸精度和表面光洁度。第八页，共98页。 经济性原则(yuánzé)一、材料的价格零件材料的价格无疑应该尽量低。材料的价格在产品的总成本中占有较大的比重，据有关资料统计，在许多工业部门中可占产品价格的30%～70%，因此设计人员要十分关心材料的市场价格。二、零件的总成本零件选用的材料必须保证其生产和使用的总成本最低。零件的总成本与其使用寿命、重量、加工费用(fèiyong)、研究费用(fèiyong)、维修费用(fèiyong)和材料价格有关。三、国家的资源随着工业的发展，资源和能源的问题日渐突出，选用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用材料应该来源丰富并顾及我国资源状况。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。第九页，共98页。 典型工件的选材及工艺(gōngyì)路线设计主要本章介绍(jièshào)工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮、轴类零件、弹簧和刃具)的工作条件、失效形式、性能要求及选材分析，举例说明典型工件的工艺路线。第十页，共98页。 一、齿轮选材1.齿轮的工作条件(1)由于传递(chuándì)扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；(2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。2.齿轮的失效形式(1)疲劳断裂 主要从根部发生；(2)齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；第十一页，共98页。 疲劳(píláo)断裂齿面磨损(mósǔn)第十二页，共98页。 (3)齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产生(chǎnshēng)微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)；(4)过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿面剥落(bōluò)轮齿冲击(chōngjī)断裂第十三页，共98页。 3齿轮材料的性能要求(1)高的弯曲疲劳强度；(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；(3)较高的强度和冲击韧性。此外(cǐwài)，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。第十四页，共98页。 4 齿轮类零件的选材   齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有(yīnɡyǒu)足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经济上也较合理，所以是比较理想的材料。第十五页，共98页。 5 典型齿轮(chǐlún)选材举例                                                     一、机床齿轮(chǐlún)机床(jīchuáng)变速箱齿轮机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷(zàihè)不大，工作平稳无强烈冲击。因此，一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。工艺路线为：下料--锻造--正火--粗加工--调质--精加工--高频淬火及低温回火--精磨。冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外,有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮,工作时传动平稳,噪声减少,长期使用磨损很小。第十六页，共98页。 二、汽车(qìchē)齿轮汽车(qìchē)后桥齿轮渗碳齿轮的工艺路线为：下料--锻造--正火--切削加工--渗碳、淬火(cuìhuǒ)及低温回火--喷丸--磨削加工。汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。第十七页，共98页。 二、轴类零件选材1轴类零件的工作条件   (1)工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；   (2)轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨损；   (3)轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受(chéngshòu)冲击载荷；   (4)多数轴会承受(chéngshòu)一定的过载载荷。第十八页，共98页。 2轴类零件的失效方式(1)长期(chángqī)交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）；(2)大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；(3)与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。转轴(zhuànzhóu)弯曲疲劳断口形貌直升飞机(zhíshēnɡfēijī)螺旋桨驱动齿轮轴扭断轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损第十九页，共98页。 3轴类零件的性能要求   (1)良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定(yīdìng)韧性,以防过载断裂、冲击断裂；   (2)高疲劳强度,对应力集中敏感性低,以防疲劳断裂；   (3)足够淬透性,热处理后表面要有高硬度、高耐磨性,以防磨损失效；   (4)良好切削加工性能,价格便宜。第二十页，共98页。 4轴类零件材料及选材方法   一、材料经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综合机械性能、对应力集中敏感性较小），如35、40、45、50钢，经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形(wàixínɡ)、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如40Cr、40MnB、40CrNiMo、20Cr、20CrMnTi等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料。二、选择原则根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性。第二十一页，共98页。 5典型轴的选材                                                        一、机床主轴选材以C620车床主轴为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合(zōnghé)机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。第二十二页，共98页。 C620车床(chēchuáng)主轴简图主轴(zhǔzhóu)用45钢制造。☆做一做：制定工艺路线载荷较大的主轴用40Cr钢制造。承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金(héjīn)渗碳钢（20Cr或20CrMnTi）制造。第二十三页，共98页。 其它机床主轴选材二、内燃机曲轴选材1.曲轴的工作条件、性能要求、材料          （1）工作条件 曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。   （2）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。因此(yīncǐ)材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。第二十四页，共98页。 （3）曲轴材料锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45、35Mn2、40Cr,35CrMo钢等；铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁(kěduàn-zhùtiě)及合金铸铁等,如ZG25、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。第二十五页，共98页。 2.175A型农用(nónɡyònɡ)柴油机曲轴选材175A型柴油机曲轴(qūzhóu)简图第二十六页，共98页。 （1）性能要求 农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工作(gōngzuò)轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求σb≥750MPa,整体硬度240HBS～260HBS,轴颈表面硬度≥625HV,δ≥2%,ak≥150kJ/m2。（2）曲轴材料 QT700-2（3）工艺路线铸造－高温正火－高温回火－切削加工－轴颈气体渗氮。汽车发动机曲轴也可用45、40Cr钢制造，经过模锻、调质、切削加工后,在轴颈部位进行表面淬火。第二十七页，共98页。 三、 弹簧选材弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在载荷(zàihè)作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。弹簧按形状分主要有螺旋弹簧(压缩、拉伸、扭转弹簧)、板弹簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。(a) 压缩(yāsuō)螺旋弹簧(b)拉伸(lāshēn)螺旋弹簧(c)扭转螺旋弹簧第二十八页，共98页。 (d) 板弹簧(tánhuáng)(e)片弹簧(tánhuáng)弹簧有下列用途：(1)缓冲或减振 如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。(2)定位 如机床及其夹具中利用弹簧将定位销(或滚珠)压在定位孔(或槽)中。(3)复原 外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气门(qìmén)弹簧。(4)储存和释放能量 如钟表、玩具中的发条。(5)测力 如弹簧称、测力计中使用的弹簧。第二十九页，共98页。 1 弹簧(tánhuáng)的工作条件(1)弹簧(tánhuáng)在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或扭转应力。(2)缓冲、减振或复原用的弹簧(tánhuáng)承受交变应力和冲击载荷的作用。(3)某些弹簧(tánhuáng)受到腐蚀介质和高温的作用。第三十页，共98页。 2 弹簧的失效形式(1)塑性变形 在外载荷作用下，材料内部产生的弯曲应力或扭转应力超过材料本身的屈服应力后，弹簧发生塑性变形。外载荷去掉后，弹簧不能恢复到原始尺寸和形状。(2)疲劳断裂 在交变应力作用下，弹簧表面缺陷(裂纹、折迭、刻痕、夹杂物)处产生疲劳源，裂纹扩展后造成断裂失效。(3)快速脆性断裂 某些弹簧存在材料缺陷(如粗大夹杂物，过多脆性相)、加工缺陷(如折迭、划痕)、热处理缺陷(淬火温度过高导致晶粒粗大，回火温度不足(bùzú)使材料韧性不够)等，当受到过大的冲击载荷时，发生突然脆性断裂。(4)腐蚀断裂及永久变形 在腐蚀性介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效。高温使弹簧材料的弹性模量和承载能力下降，高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。第三十一页，共98页。 3 弹簧材料的性能要求(1)高的弹性极限σe和高的屈强比σs/σb  弹簧工作时不允许有永久变形，因此要求弹簧的工作应力不超过材料的弹性极限。弹性极限越大，弹簧可承受的外载荷越大。对于承受重载荷的弹簧，如汽车用板簧、火车用螺旋弹簧等，其材料需要高的弹性极限。当材料直径相同时，碳素弹簧钢丝和合金(héjīn)弹簧钢丝的抗拉强度相差很小，但屈强比差别较大。65钢为0.7，60Si2Mn钢为0.75、50CrVA钢为0.9。屈强比高，弹簧可承受更高的应力。第三十二页，共98页。 (2)高的疲劳强度 弯曲疲劳强度σ-1和扭转疲劳强度τ-1越大，则弹簧的抗疲劳性能越好。(3)好的材质和表面质量 夹杂物含量少，晶粒细小，表面质量好，缺陷少，对于提高弹簧的疲劳寿命和抗脆性断裂十分重要。(4)某些弹簧需要材料有良好的耐蚀性和耐热性 保证(bǎozhèng)在腐蚀性介质和高温条件下的使用性能。第三十三页，共98页。 4弹簧的选材一、弹簧钢根据生产特点的不同，分为两大类：（1）热轧弹簧用材 通过热轧方法加工成园钢、方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧。弹簧热成型后要进行淬火及回火处理。（2）冷轧(拔)弹簧用材 以盘条、钢丝或薄钢带(片)供应(gōngyìng)，用来制作小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。主要弹簧钢的特点(tèdiǎn)及用途第三十四页，共98页。 钢类代表钢号主要特点用途举例碳钢6570经热处理或冷拔硬化后,得到较高的强度和适当的塑性、韧性；在相同表面状态和完全淬透情况下，疲劳极限不比合金弹簧钢差，但淬透性低，尺寸较大，调压调速弹簧、柱塞弹簧、测力弹簧、一般机器上的圆、方螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械的弹簧锰钢65MnMn提高淬透性,表面脱碳倾向比硅钢小,经热处理后的综合机械性能略优于碳钢,缺点是有过热敏感性和回火脆性小尺寸扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也适于制造弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧硅锰钢55Si2Mn55Si2MnB60Si2MnSi和Mn提高弹性极限和屈强比，提高淬透性以及回火稳定性和抗松弛稳定性，过热敏感性也较小，但脱碳倾向较大。汽车、拖拉机、机车上的减震板簧和螺旋弹簧，汽缸安全弹簧，轧钢设备及要求承受较高应力的弹簧.铬钒钢50CrVA良好的工艺性能和机械性能，淬透性比较高，加入V，使钢的晶粒细化，降低过热敏感性，提高强度和韧性气门弹簧、喷油咀簧、气缸涨圈、安全阀用簧、中压表弹簧元件、密封装置等，适用于210℃条件下工作弹簧铬锰钢50CrMn较高强度、塑性和韧性，过热敏感性比锰钢低，比硅锰钢高，对回火脆性较敏感，回火后宜快冷车辆、拖拉机和较重要板簧、螺旋弹簧第三十五页，共98页。 二、不锈钢0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti通过冷轧(拔)加工成带或丝材,制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。三、黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜具有良好(liánghǎo)的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。第三十六页，共98页。 5典型弹簧(tánhuáng)选材一、汽车板簧汽车(qìchē)板簧(1)用途及性能要求 用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要(xūyào)高的屈服强度和疲劳强度。第三十七页，共98页。 (2)材料轻型汽车选用(xuǎnyòng)65Mn、60Si2Mn钢制造；中型或重型汽车,板簧用50CrMn,55SiMnVB钢；重型载重汽车大截面板簧用55SiMnMoV,55SiMnMoVNb钢制造。(3)工艺路线热轧钢带(板)冲裁下料—压力成型—淬火—中温回火—喷丸强化淬火 温度为850ºC～860ºC(60Si2Mn钢为870ºC),采用油冷,淬火后组织为马氏体。回火 温度为420ºC～500ºC,组织为回火屈氏体。屈服强度s0.2不低于1100MPa,硬度为42HRC～47HRC,冲击韧性ak为250KJ/m2～300KJ/m2。第三十八页，共98页。 二、火车(huǒchē)螺旋弹簧火车(huǒchē)螺旋弹簧热轧钢棒下料—两头制扁—热卷成形—淬火—中温回火—喷丸强化(qiánghuà)—端面磨平。淬火与回火工艺同汽车板簧。(1)用途及性能要求机车和车箱的缓冲和吸振,其使用条件和性能要求与汽车板簧相近。(2)材料50CrMn、55SiMnMoV(3)工艺路线第三十九页，共98页。 三、气门弹簧(1)用途 内燃机气门弹簧是一种压缩螺旋弹簧。其用途是在凸轮、摇臂或挺杆的联合作用下，使气门打开和关闭，承受应力不是很大，可采用淬透性比较好、晶粒细小、有一定(yīdìng)耐热性的50CrVA钢制造。(2)工艺路线冷卷成型—淬火—中温回火—喷丸强化—两端磨平。将冷拔退火后的盘条校直后用自动卷簧机卷制成螺旋状，切断后两端并紧，经850ºC～860ºC加热后油淬，再经520ºC回火，组织为回火屈氏体，喷丸后两端磨平。弹簧弹性好，屈服强度和疲劳强度高，有一定(yīdìng)的耐热性。气门弹簧也可用冷拔后经油淬及回火后的钢丝制造，绕制后经300ºC～350ºC加热消除冷卷簧时产生的内应力。第四十页，共98页。 四、自行车手闸弹簧自行车手闸弹簧是一种扭转弹簧，其用途是使手闸复位。该弹簧承受载荷小，不受冲击和振动作用，精度要求不高。因此手闸弹簧可用碳素弹簧钢60或65钢制造。经过冷拔加工(jiāgōng)获得的钢丝直接冷卷、弯钩成形即可。卷后可低温(200ºC～220ºC)加热消除内应力，一般也可不进行热处理。第四十一页，共98页。 五、继电器簧片继电器簧片(1)用途及性能要求 继电器簧片是一种片簧，其作用是使两电触点接触时,产生一定大小的压力，以保证(bǎozhèng)触头紧密接触良好导电。簧片材料要有好的弹性、导电性和耐蚀性。簧片所受弯曲应力很小。(2)材料(cáiliào) 黄铜(H70)、锡青铜(QSn6.5-0.1)、白铜(B19)黄铜的导电性好，抗疲劳性能较高，弹性一般，价格较低。锡青铜的导电性稍低，但抗疲劳性能高，弹性好，价格稍高。白铜的导电性好，抗蚀性高，抗疲劳性能较高，弹性好，价格较贵。簧片生产工艺简单，可用上述材料(cáiliào)的冷轧薄片冲裁下料成形制造。第四十二页，共98页。 四、刃具(rènjù)选材切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具统称为刃具(rènjù)。1 刃具的工作条件(1)刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃部受到很大的弯曲应力。某些(mǒuxiē)刃具(如钻头、铰刀)还会受到较大的扭转应力作用。(2)刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃部温度可升到500ºC～600ºC。(3)机用刃具往往承受较大的冲击与震动。第四十三页，共98页。 切削(qiēxiāo)加工2 刃具(rènjù)的失效形式(1)磨损 由于摩擦，刃具(rènjù)刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸精度降低。(2)断裂 刃具(rènjù)在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。(3)刃部软化 由于刃部温度升高，若刃具(rènjù)材料的红硬性低或高温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。第四十四页，共98页。 3 刃具材料的性能要求(1)高硬度(yìngdù)，高耐磨性。硬度(yìngdù)一般要大于62HRC；(2)高的红硬性；(3)强韧性好；(4)高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形和开裂。第四十五页，共98页。 4刃具的选材制造刃具的材料有碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，根据刃具的使用条件和性能要求不同进行选用。一、简单的手用刃具手锯锯条(jùtiáo)、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速的手用刃具红硬性和强韧性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因此可用碳素工具钢制造。如T8、T10、T12钢等。碳素工具钢价格较低,但淬透性差。二、低速切削、形状较复杂的刃具丝锥、板牙、拉刀等可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn制造。因钢中加入了Cr、W、Mn等元素,使钢的淬透性和耐磨性大大提高,耐热性和韧性也有所改善,可在<300ºC的温度下使用。第四十六页，共98页。 三、高速切削用的刃具(rènjù)(1)用高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)制造 高速钢具有高硬度、高耐磨性、高的红硬性、好的强韧性和高的淬透性的特点,因此在刃具(rènjù)制造中广泛使用,用来制造车刀、铣刀、钻头和其它复杂、精密刀具。高速钢的硬度为62HRC～68HRC,切削温度可达500ºC～550ºC,价格较贵。(2)硬质合金制造 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物(TiC、WC)和金属用粉末冶金方法制成,常用硬质合金的牌号有YG6、YG8、YT6、YT15等。硬质合金的硬度很高(89HRA～94HRA),耐磨性、耐热性好,使用温度可达1000ºC。它的切削速度比高速钢高几倍。硬质合金制造刀具时的工艺性比高速钢差。一般制成形状简单的刀头,用钎焊的方法将刀头焊接在碳钢制造的刀杆或刀盘上。硬质合金刀具用于高速强力切削和难加工材料的切削。硬质合金的抗弯强度较低,冲击韧性较差,价格贵。第四十七页，共98页。 (3)用陶瓷制造 陶瓷硬度极高、耐磨性好、红硬性极高,也用来制造刃具。热压氮化硅(Si3N4)陶瓷显微硬度为5000HV,耐热温度可达1400ºC。立方氮化硼的显微硬度可达8000HV～9000HV,允许(yǔnxǔ)的工作温度达1400ºC～1500ºC。陶瓷刀具一般为正方形、等边三角形的形状,制成不重磨刀片,装夹在夹具中使用。用于各种淬火钢、冷硬铸铁等高硬度难加工材料的精加工和半精加工。陶瓷刀具抗冲击能力较低,易崩刃。第四十八页，共98页。 5 刃具选材举例(jǔlì)一、板锉板锉(bǎncuò)1.性能要求、材料及工艺(1)用途及性能要求 板锉是钳工常用的工具,用于锉削其他金属。其表面刃部要求有高的硬度(64HRC～67HRC),柄部要求硬度<35HRC。(2)材料 T12钢(3)制造工艺热轧钢板(gāngbǎn)(带)下料—锻(轧)柄部—球化退火—机加工—淬火—低温回火第四十九页，共98页。 2.主要工艺说明(1)球化退火 使钢中碳化物呈粒状分布,细化组织,降低硬度,改善切削加工性能(xìngnéng)。同时为淬火准备好适宜的组织,使最终成品组织中含有细小的碳化物颗粒,提高钢的耐磨性。锉刀通常采用普通球化退火工艺。将毛坯加热到760℃～770℃,保温一定时间(2h～4h)，然后以30℃～50℃/h的速度冷却到550℃～600℃，出炉后空冷。处理后组织为球化体，硬度为180HB～200HB。(2)机加工刨、磨和剁齿,使锉刀成形。(3)淬火 温度为770℃～780℃,可用盐浴加热或在保护气氛炉中加热,以防止表面脱碳和氧化。也可采用高频感应加热。加热后在水中冷却。由于锉刀柄部硬度要求较低,在淬火时先将齿部放在水中冷却,结柄部颜色变成暗红色时才全部浸入水中。当锉刀冷却到150℃～200℃时，提出水面。若锉刀有弯曲变形，可用木锤将其校直。(4)回火 温度为160℃～180℃，时间45min～60min。若柄部硬度太高，可将柄部浸入500℃的浴盐中进行回火，或用高频加热回火，降低柄部硬度。第五十页，共98页。 二、齿轮(chǐlún)滚刀齿轮(chǐlún)滚刀1.性能要求、材料及工艺(1)用途 生产齿轮的常用刃具,用于加工外啮合的直齿和斜齿渐开线园柱齿轮。其形状复杂,精度要求高。(2)材料 高速钢(W18Cr4V)(3)工艺路线热轧棒材下料—锻造—退火(tuìhuǒ)—机加工—淬火—回火—精加工—表面处理第五十一页，共98页。 2.主要工艺(gōngyì)说明(1)锻造 W18Cr4V钢的始锻温度为1150℃～1200℃,终锻温度为900℃～950℃。锻造的目的一是成形,二是破碎、细化碳化物,使碳化物均匀分布,防止成品刀具崩刃和掉齿。由于高速钢淬透性很好,锻后在空气中冷却即可得到淬火组织,因此锻后应慢冷。(2)退火 退火温度为870℃～880℃，退火后的组织为索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。目的是便于机加工，并为淬火作好组织准备。(3)淬火、回火 高速钢的淬火、回火工艺(gōngyì)较为复杂。(4)精加工 包括磨孔、磨端面、磨齿等磨削加工。精加工后刀具可直接使用。(5)表面处理 为了提高其使用寿命，可进行表面处理，如：硫化处理、硫氮共渗、离子氮碳共渗—离子渗硫复合处理，表面涂覆TiN、TiC涂层等。第五十二页，共98页。 三、园锯片(1)用途 切割钢材、有色金属、石料、塑料等材料。(2)性能要求 整体强韧性好，锯齿硬度高、耐磨性好。(3)材料 园锯片可以是整体的，也可以是镶齿的。镶齿式园锯片的本体用60或65Mn钢制造，锯齿用高速钢刀片或硬质合金刀片。(4)工艺钢板下料—冲孔—淬火—高温回火—机加工—钎焊锯齿—磨齿。钢板冲压下料、冲孔后进行调质处理。淬火加热温度为830℃～840℃、采用油冷。回火温度为500℃～550℃。为校正园锯片淬火变形，回火时可用夹具夹紧。回火后的组织(zǔzhī)为回火索氏体，强韧性好。热处理后锯片需进行端面磨平、开槽等机加工，用钎焊方法将锯齿焊接在锯片本体上，最后进行磨齿。第五十三页，共98页。 小结1.齿轮主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析，齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢，如机床(jīchuáng)齿轮用中碳钢或中碳合金钢，汽车齿轮用合金渗碳钢。    2.轴类零件要求强度并兼顾冲击韧性和表面耐磨性。轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造，如机床(jīchuáng)主轴可选用45钢，内燃机曲轴主要用优质中碳钢或中碳合金钢制造。第五十四页，共98页。 3.弹簧主要要求高的弹性极限(jíxiàn)、高的屈强比和高的疲劳强度。弹簧一般选用碳素钢、合金弹簧钢和铜合金等金属材料制造，如汽车弹簧用65Mn、60Si2Mn钢制造，气门弹簧用50CrMn、55SiMnMoV等钢制造。      4.刃具主要要求硬度、耐磨性和红硬性。可根据不同的使用条件选用碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，如手动刃具可用T8、T10等碳素工具钢，低速切削刃具可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn制造，高速切削刃具需选用高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2制造等。第五十五页，共98页。 工程材料(cáiliào)的应用第五十六页，共98页。 汽车用材汽车用材以金属材料为主，塑料、橡胶、陶瓷(táocí)等非金属材料也占有一定比例。汽车(qìchē)发动机和传动系示意图第五十七页，共98页。 一、缸体和缸盖缸体材料应满足下列要求：有足够的强度和刚度；良好的铸造性和切削性；价格低廉。缸体常用的材料有灰口铸铁和铝合金两种。缸盖应选用导热性好、高温机械强度高、能承受反复热应力、铸造性能良好的材料来制造。目前使用的缸盖材料有两种：一是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。二、缸套   气缸工作面用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面(biǎomiàn)淬火、喷镀金属钼或其它耐磨合金等办法对缸套进行表面(biǎomiàn)处理。第五十八页，共98页。 三、活塞、活塞销和活塞环活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组，活塞组在工作中受周期性变化的高温、高压燃气(温度最高可达2000℃，压力最高可达13MPa～15MPa)作用，并在气缸内作高速往复运动(平均速度一般为9m/s～13m/s)，产生很大的惯性载荷。对活塞材料的要求是热强度高、导热性好、膨胀系数小、密度小,减摩性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。常用的活塞材料是铝硅合金(héjīn)。活塞销材料一般用20低碳钢或20Cr、18CrMnTi等低碳合金(héjīn)钢。活塞销外表面应进行渗碳或氰化处理，以满足外表面硬而耐磨，材料内部韧而耐冲击的要求。活塞环用合金(héjīn)铸铁或球墨铸铁，经表面处理。镀多孔性铬后可使环的工作寿命提高2～3倍。其它表面处理的方法有喷钼、磷化、氧化、涂合成树脂等。第五十九页，共98页。 四、连杆连杆连接活塞和曲轴，作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力(yālì)外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个很复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的刚性和韧性。连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢。1小头(xiǎotóu)与连杆的过渡处   2连杆中间   3大头与连杆的过渡处连杆上的三个高应力区域第六十页，共98页。 五、气门气门工作时，需要承受较高的机械负荷和热负荷，排气门工作温度高达650℃～850℃。气门头部还承受气压力及落座时因惯性力而产生的相当大的冲击。气门经常出现的故障有：气门座扭曲、气门头部变形、气门座面积碳时引起燃烧废气对气门座面强烈(qiánɡliè)地烧蚀。气门材料应选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。进气门一般可用40Cr、35CrMo、38CrSi、42Mn2V等合金钢制造,而排气门则要求用高铬耐热钢（如4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo)制造。第六十一页，共98页。 六、汽车半轴汽车半轴在工作时主要承受(chéngshòu)扭转力矩和反复变曲以及一定的冲击载荷。在通常情况下，半轴的寿命主要取决于花键齿的抗压陷和耐磨损性能，但断裂现象也不时发生。要求半轴材料具有高的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。汽车半轴是要求综合机械性能较高的零件，通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr,而重型汽车用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。1突缘与杆部相连(xiānɡlián)部位  2花键与杆部相连(xiānɡlián)部位  3花键端半轴易损坏部位示意图第六十二页，共98页。 七、车身、纵梁、档板等冷冲压零件在汽车(qìchē)零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%～60%。汽车(qìchē)冷冲压零件用的材料有钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和冷轧钢板，如钢板08、20、25和16Mn等。第六十三页，共98页。 机床用材一、机身、底座用材机身、机床底座、油缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件以及其它一些如牛头刨床的滑枕、皮带轮、导杆、摆杆、载物台、手轮、刀架等零件或重量大、或形状复杂，首选材料为灰口铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁亦可选用，它们成本低、铸造性好、切削加工性优异、对缺口不敏感、减震性好，有良好的耐磨性，非常适合铸造上述(shàngshù)零部件。石墨有良好的润滑作用、并能储存润滑油、很适宜制造导轨。第六十四页，共98页。 牛头刨床(niútóupáochuánɡ)结构简图机床(jīchuáng)零件常使用(shǐyòng)的灰口铸铁是：HT150、HT200及孕育铸铁HT250、HT300、HT350、HT400等。常使用(shǐyòng)的球墨铸铁为：QT400－17、QT420－10、QT500－5、QT600－2、QT700－2、QT800－2。第六十五页，共98页。 二机床齿轮用材开式齿轮传动可选用HT250、HT300和HT400，和铸铁的大齿轮互相啮合的小齿轮也可用Q235、Q255制造。闭式齿轮多采用(cǎiyòng)40、45钢（正火或调质处理）制造。高速、重载或受强烈冲击的闭式齿轮，宜采用(cǎiyòng)40Cr（调质）或20Cr、20CrMnTi（渗碳、淬火、低温回火）钢。不重要的闭式齿轮可使用Q255（不热处理）制造。球墨铸铁QT450-5、可锻铸铁KTZ450-5、KTZ500-4用来制造尺寸较大或形状复杂的闭式传动齿轮。第六十六页，共98页。 三、机床轴类零件用材一般采用45钢（调质）制造轴件。不重要的或低载的轴可以采用Q235、Q255等钢制造。承受重载，且要求直径小或要求提高轴颈耐磨性的轴，可用40Cr等调质钢或20Cr等渗碳(shèntàn)钢，整体与轴颈应进行相应的热处理。可用QT600-2、KTZ600-3等球墨铸铁和可锻铸铁制造曲轴和主轴。第六十七页，共98页。 1、螺旋传动(chuándòng)件用材不热处理的螺旋传动(chuándòng)件用45、50钢制造，经受热处理的用T10、65Mn、40Cr等制造。螺母的材料用锡青铜ZQSn6-6-3、ZQSn10-2，较小载荷及低速传动(chuándòng)时用耐磨铸铁。   2、蜗轮传动(chuándòng)件用材（1）.蜗轮当滑动速度V≥3m/s时，常采用锡青铜ZQSn10、ZQSn10-1或ZQSn6-6-3等。滑动速度V≤4m/s时用铸铝青铜ZQAl9-4。滑动速度V≤2m/s,且性能要求不高时可用HT150、HT200、HT250。直径大于100mm～200mm的青铜蜗轮，轮芯应采用灰口铸铁制造。第六十八页，共98页。 （2）.蜗杆蜗杆材料(cáiliào)适宜用15、20钢和15Cr、20Cr钢，表面渗碳淬硬到56HRC～62HRC，或45、40Cr钢，表面高频淬火到45HRC～50HRC，并经磨削、抛光后使用。一般速度的蜗杆可用45、50钢或40Cr（调质）制造，表面硬度达220HB～260HB，抛光后使用。低速传动的蜗杆可用Q275制造。第六十九页，共98页。 3、滑动轴承材料ChSnSb11-6、ChPbSb14-10-18，用于最高速重载条件下的轴承衬。ZQSn10-1在铜合金中具有最好的减摩性能，广泛用于高速和重载条件下。中速和中载条件下ZQSn6-6-3应用广泛。ZQAl9-2适宜(shìyí)制造形状简单（铸造性比锡青铜差）的大型衬套、齿轮和轴承。ZQAl10-3-15、ZQAl9-4，可用在重载和低中速条件下。ZQPb30、ZQPb12-8、ZQPb10-10等主要用于大型曲轴轴承等高速和重的冲击与变动载荷条件下，可作为ChSnSb11-6的代用材料。ZHAl66-6-3-2和ZHMn58-2-2，在低速和中等载荷下可作为青铜的代用品。HT250、HT350等铸铁轴承主要用于低速、轻载条件下。铁石墨含油轴承用于V≤4m/s,青铜石墨含油轴承用于V≤6m/s。第七十页，共98页。 4、滚动轴承材料滚动轴承的内外圈和滚动体一般用GCr9、GCr15、GCr15SiMn等高碳铬或铬锰轴承钢和GSiMnV等无铬轴承钢制造(zhìzào)，工作表面要经过磨削和抛光，热处理后一般要求材料硬度在61HRC～65HRC之间。保持架材料多用低碳钢薄板、铜合金、塑料或轻合金制造(zhìzào)。第七十一页，共98页。 仪器仪表用材一、壳体材料仪器仪表的壳体（包括面板、底盘）用材广泛，有低碳结构钢（如Q195、Q215、Q235），铬不锈钢、铬镍奥氏体不锈钢（如1Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti），铝（工业纯铝L5及防锈铝LF5、LF11、LF21等），黄铜(H62、H68等)等。也有非金属材料，如ABS可制造管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、仪表盘等。聚甲醛用作各种仪表板和外壳、容器、管道等。玻璃纤维增强尼龙(nílóng)可制作仪表盘、玻璃纤维增强苯乙烯类树脂广泛应用于收音机壳体、磁带录音机底盘、照相机壳等。玻璃纤维增强聚乙烯可制作转矩变换器、干燥器壳体。第七十二页，共98页。 二轴类零件用材仪器仪表的辊子可以使用Q235等钢、聚甲醛等工程塑料制造。LY12、LY11和HAL60-1-1多用于制造重要(zhòngyào)且需要耐蚀的轴销等零件。三、凸轮与齿轮用材1、凸轮多用Q235、45（调质处理）钢制造。轻载凸轮可以使用尼龙等工程塑料或玻璃纤维增强尼龙等复合材料制造。第七十三页，共98页。 2、仪器齿轮(chǐlún)可用普通碳素钢Q275（不热处理）制造。QAL10-4-4、QAl11-6-6可用来制造400℃～500℃以下工作的齿轮(chǐlún)。QSi3-1、QTi3.5、QTi3.5-0.2、QTi6-1适宜制造齿轮(chǐlún)等耐磨零件。QBe2、QBe1.9、QBe1.7可用于制造钟表等仪表齿轮(chǐlún)。ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、酚醛等工程塑料也可制造仪表齿轮(chǐlún)。 3、蜗轮、蜗杆QAl11-6-6可用来制造500℃以下工作的蜗轮。硅青铜QSi3-1亦可用来制造蜗轮、蜗杆。聚碳酸酯等工程塑料可制造轻载蜗轮、蜗杆。第七十四页，共98页。 热能设备用材一、锅炉设备用钢1、锅炉管道用钢 （1）锅炉管道的工作条件和对材料的要求锅炉管道在高温、应力和腐蚀介质作用下长期工作，会产生蠕变、氧化和腐蚀。如过热器管外部受高温烟气的作用，管内则流通着高压蒸汽，而且管壁温度(即材料温度)比蒸汽温度还高50℃～80℃。为保证(bǎozhèng)设备安全可靠地运行，管道用钢应有足够高的蠕变极限和持久温度；高的抗氧化性能和耐腐蚀性能；良好的组织稳定性；良好的工艺性能，特别是焊接性能要好。第七十五页，共98页。 （2）锅炉管道用钢壁温≤500℃的过热器管和壁温≤450℃的蒸汽管道   一般选用优质碳素结构钢，碳质量分数在0.1%～0.2%之间，常用的是20钢。壁温≤550℃的过热器管和壁温≤510℃的蒸汽管道   15CrMo钢是在这个温度(wēndù)范围应用很广泛的钢种。该钢在500℃～550℃具有较高的热强性、足够的抗氧化性和良好的工艺性能。壁温≤580℃的过热器管和壁温≤540℃的蒸汽管道   12Cr1MoV钢是应用最广泛的锅炉管道用钢。该钢加入0.2%的钒，其耐热性能比铬钼钢高,工艺性能也很好,得到广泛的应用。第七十六页，共98页。 壁温≤600℃～620℃的过热器管和壁温≤550℃～570℃的蒸汽管道   12Cr2MoWVB和12Cr3MoVSiTiB钢。采用微量多元合金化，使钢具有更高的组织稳定性和化学稳定性，因而耐热性能更好，使用温度更高。壁温≤600℃～650℃的过热器管和壁温≤550℃～600℃的蒸汽管道   较常用的是Cr12%马氏体型耐热钢,如德国的X20CrMoWV121(F11)和X20CrMoV121(F12),瑞典的HT9等钢种(gāngzhǒng)。   过热器壁温超过650℃、蒸汽管道壁温超过600℃后，需要使用奥氏体耐热钢。奥氏体耐热钢具有较高的高温强度和耐腐蚀性能，最高使用温度可达700℃左右。第七十七页，共98页。 2、锅炉汽包用钢低压锅炉汽包用钢为12Mng、16Mng和15MnVg等普通低合金钢板。这些钢板的综合机械性能比碳钢高，可以减轻锅炉汽包的重量，节省大量钢材。　　(1)14MnMoVg钢 是屈服极限为500MPa级的普通低合金钢。钢中由于加入了0.5%Mo,提高了钢的屈服强度及中温机械性能,特别适合生产厚度为60mm以上的厚钢板,以满足(mǎnzú)制造高压锅炉汽包的需要。　　(2)14MnMoVBReg钢 是500MPa级的多元低碳贝氏体钢,屈服极限比碳钢高一倍,有良好的综合机械性能。由于加入了适量的硼、稀土,钢的强度更高,符合我国资源情况。　　(3)14CrMnMoVBg钢 屈服极限很高（650MPa～700MPa），加入强化元素铬,不仅强度高,塑性、韧性也较好,焊接性能也好,能耐湿度较大地区的大气腐蚀。第七十八页，共98页。 二、汽轮机用钢汽轮机主要(zhǔyào)零部件包括汽轮机叶片、汽轮机转子和汽轮机定子等。汽轮机1、汽轮机叶片(1)铬不锈钢(1Cr13和2Cr13) 在工作温度下具有足够的强度，有高的耐腐蚀性和减振性,是使用最广泛的汽轮机叶片材料。1Cr13在汽轮机中用于前几级动叶片,2Cr13多用于后几级动叶片。1Cr13和2Cr13钢的热强性不高,当温度超过500℃时,热强性明显(míngxiǎn)下降。1Cr13钢的最高工作温度为480℃左右,2Cr13为450℃左右。第七十九页，共98页。 (2)强化型铬不锈钢在1Cr13和2Cr13基础上加入钼、钨、钒、铌、硼等强化元素，得到Cr11MoV、Cr12WMoV、Cr12WMoNbVB、2Cr12WMoNbVB和1Cr11Ni2W2MoV等强化型铬不锈钢,它们的热强性比1Cr13和2Cr13高,可在560℃～600℃下长期工作。(3)铬-镍不锈钢在600℃温度以上工作的叶片,应选(yīnɡxuǎn)用铬-镍奥氏体不锈钢或高温合金,如Cr17Ni13W、Cr14Ni18W2NbBCe、Cr15Ni35W3Ti3AlB等。第八十页，共98页。 2、汽轮机轮子(1)34CrMo钢 采用正火(或淬火)+高温回火处理,用作工作温度480℃以下的汽轮机叶轮和主轴,它有较好的工艺性能和较高的热强性,而且长时期使用组织比较稳定,无热脆倾向,但工作温度超过480℃时热强性明显降低。　　(2)35CrMoV钢 由于加入了钒,使钢的室温和高温强度均超过34CrMo钢,可用来制造要求较高强度的锻件,如用于工作温度500℃～520℃以下的叶轮和25MW和50MW中压汽轮机叶轮。　　(3)34CrNi3Mo钢 是大截面(jiémiàn)高强度钢,具有良好的综合机械性能和工艺性能,无回火脆性,在450℃以下具有高的蠕变极限和持久强度,可用于制造工作温度400℃以下的发电机转子和汽轮机整锻转子及叶轮。第八十一页，共98页。 (4)33Cr3MoWV钢 是我国研制(yánzhì)的无镍大锻件用钢,主要用来代替34CrNi3Mo钢。可用来制造工作温度450℃、厚度<450mm、σs=736MPa级的汽轮机叶轮,目前已在50MW以下的汽轮机中应用,运行情况良好。该钢的优点是淬透性高,没有回火脆性。(5)20Cr3WMoV钢 是一种性能优良的低合金耐热钢,用于工作温度低于550℃的汽轮机和燃气轮机整锻转子和叶轮等大锻件。第八十二页，共98页。 化工设备用材化学工业部门的主要设备有压力容器、换热器、塔设备和反应釜等。这些设备使用条件比较复杂，温度(wēndù)从低温到高温；压力从真空(负压)到超高压；物料有易燃、易爆、剧毒或强腐等。目前，化工设备的主要用材是合金钢，有的还用有色金属及其合金、非金属材料。第八十三页，共98页。 一、化工设备用金属材料1、低合金结构钢除要求强度外，还要求有较好的塑性和焊接性，以利设备的加工制造。但强度较高者，其塑性和焊接性能将有所下降。因此，必须根据容器的具体工作条件(如温度、压力)和制造加工要求(如卷板、焊接)来选用适当(shìdàng)强度级别的钢材。常用的钢种有16MnR、15MnVR和18MnMoNbR等。第八十四页，共98页。 2.不锈钢(1)铬不锈钢 1Cr13、2Cr13等钢种在弱腐蚀介质(如盐水溶液、硝酸、浓度不高的有机酸等)和温度低于30℃时，有良好的耐蚀性。在海水、蒸汽和潮湿大气条件下，也有足够的耐蚀性。但在硫酸、盐酸、热硝酸、熔融碱中耐蚀性较低。故多用作化工设备中受力不大的耐蚀零件，如轴、活塞杆、阀件、螺栓等。   OCr13、OCr17Ti等钢种，具有较好的塑性，而且(érqiě)耐氧化性酸(如稀硝酸)和硫化氢气体腐蚀，常用于代替高铬镍型不锈钢用于化工设备上，如用于维纶生产中耐冷醋酸和防铁锈污染产品的耐蚀设备上。(2)铬镍不锈钢 有耐蚀要求的压力容器常用铬镍不锈钢，主要牌号有1Cr18Ni9、OCr18Ni11Ti和OCr17Ni12Mo2等。该类钢经固溶处理后是单一的奥氏体组织,可得到良好的耐蚀性、耐热性、低温和高温机械性能及焊接性能。第八十五页，共98页。 3.耐热钢1Cr13Si3、1Cr25Si2铁素体钢,有晶粒长大倾向,不宜承受冲击(chōngjī)负荷,但抗氧化性好,在含硫的气氛中有好的抗蚀性。最高使用温度900℃～1150℃制造过热器吊架,吹灰器管,喷嘴等,热交换器。1Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si2奥氏体钢,有较高的高温强度及抗氧化性,对含硫气氛较敏感,在600℃～800℃有析出相的脆化倾向。最高使用温度1050℃～1200℃。制造热裂解管、炉内传送带、炉内支架、高温加热炉管、燃烧室构件。第八十六页，共98页。 二、化工设备用有色金属及其合金1.铜及其合金纯铜 耐不浓的硫酸、亚硫酸，稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其他非氧化性酸等介质的腐蚀。对淡水、大气和碱类溶液的耐蚀能力很好。铜不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。纯铜主要用于制造有机合成和有机酸工业(gōngyè)上用的蒸发器、蛇管等。黄铜 耐蚀性与铜相似，特别是大气中耐蚀性要比铜好，在化工设备上应用很广。化工上常用的黄铜牌号是H80、68和H62等。H80和H68塑性好,可在常温下冲压成型,可用于制造容器零件。H62在常温下塑性较差,机械性能较高,可做深冷设备的筒体、管板、法兰和螺母等。青铜 化工设备常用锡青铜。锡青铜不仅强度、硬度高，铸造性能好，而且耐蚀性好，在许多介质中的耐蚀性都比铜高，特别在稀硫酸溶液、有机酸和焦油、稀盐溶液、硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和海水介质中，都具有很好的耐蚀性。锡青铜主要用来铸造耐蚀和耐磨零件，如泵外壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。第八十七页，共98页。 2.铝及其合金工业纯铝 广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备，如反应器、热交换器、槽车和管件等。防锈铝 防锈铝的耐蚀性比纯铝高，可用作空气分离的蒸馏塔、热交换器、各式容器和防锈蒙皮等。3.铅及其合金铅在许多介质(jièzhì)中，特别是在热硫酸和冷硫酸中，具有很高的耐蚀性。由于铅的强度和硬度低，不适宜单独制作化工设备零件，主要作设备衬里。第八十八页，共98页。 航空航天器用材航空航天器用材很广泛，工程塑料、橡胶、陶瓷材料和各种金属，这些材料或是比强度高，或是具有满意(mǎnyì)的使用性能，如较好的热强性、抗氧化性和耐蚀性。一、中碳调质钢30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA等Cr-Mn-Si钢，及40CrNiMoA、34CrNi3MoA等Cr-Ni-Mo钢，H-11（0.35C-5Cr-1.5Mo-1.0Si-0.4V）等超高强钢可用于火箭发动机外壳、喷气涡轮机轴、喷气式客机的起落架、超音速喷气机机体等。第八十九页，共98页。 二、高温合金TD-Ni、TD-NiCr（在镍或镍-20%铬基体中加入2%左右的弥散分布(fēnbù)的氧化钍ThO2颗粒，产生弥散强化效果的高温合金），主要用于制造燃气涡轮发动机的燃烧室等高温工作构件和航天飞机的隔热材料。K403（Ni-11Cr-5.25Co-4.65W-4.3Mo-5.6Al）等铸造镍基合金主要用于制造涡轮工作叶片和导向器叶片。铁基高温合金GH2018(Fe-42Ni-19.5Cr-2.0W-4.0Mo-0.55Al-2.0Ti)主要用于制造在500℃～700℃下承受较大应力的构件，如机匣、燃烧室外套等。第九十页，共98页。 三、高合金耐热钢1Cr13、2Cr25N、0Cr25Ni20、0Cr12Ni20Ti3AlB等合金耐热钢用于制造涡轮泵及火箭发动机及航空发动机转子(zhuànzǐ)和其它零件。航天飞机(hángtiānfēijī)人造卫星(rénzàowèixīng)第九十一页，共98页。 四、镍基耐蚀合金镍与镍基耐蚀合金是耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻(kēkè)腐蚀环境的结构材料。锻造镍（镍200、镍201）韧性、塑性优良，能适应多种腐蚀环境，可用来制造航天器及导弹元件。镍基耐蚀合金，如MonelK-500（Ni-29.5Cu），强度与硬度较高；Inconel718（Ni-19Cr-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti)从-250℃～705℃均具有优良的力学性能；用于制造泵轴、涡轮等航空发动机零部件。第九十二页，共98页。 五、铝及其合金LF5、LF11、LF21用于焊接油箱、油管，制造铆钉和中载零件制品(zhìpǐn)。LY11用于制造骨架、模锻的固定接头、支柱、螺旋桨叶片、局部镦粗的零件、蒙皮、隔框、肋、梁、螺栓和铆钉等中等强度的结构零件。LC4、LC6适宜制造飞机大梁、绗架、加强框、蒙皮接头及起落架等结构中的主要受力件。LD5适宜制造形状复杂、中等强度的锻件和模锻件。LD7、LD10适合制造高温下工作的复杂锻件，板材可做高温下工作的结构件。第九十三页，共98页。 ZL101、ZL104可铸造飞机零件、壳体、气化器、发动机机匣、气缸体等。ZL109、ZL201用于制造较高温度下工作的零件，如活塞等、支臂、挂架梁等。ZL301、ZL401用于铸造在大气中工作的零件，承受大振动载荷，工作温度不超过200℃、结构(jiégòu)形状复杂的飞机零件。第九十四页，共98页。 六、镁合金镁的熔点为651℃，密度仅为1.74g/cm3，比铝还轻。镁合金具有较高的比强度和比刚度(ɡānɡdù)，并具有高的抗震能力，能承受比铝及其合金更大的冲击载荷，切削加工能力优良，易于铸造和锻压，所以在航天航空工业中获得较大应用。铸造高强镁合金ZM1(Mg-4.5Zn-0.75Zr)和变形耐热镁合金MB8(Mg-2.0Mn-0.2Ce)应用较多。第九十五页，共98页。 七、钛及其合金TA7钛合金用于制造机匣，压气机内环等。TC4、TC10合金主要用于制造中央翼盒、机翼转轴(zhuànzhóu)、进气道框架、机身桁条、发动机（壳体、支架、机匣、喷管延伸段）、压气机盘、叶片、压力容器、贮箱、卫星蒙皮、构架、航天飞机机身、机翼上表面、尾翼、梁、肋等。八、钨、钼、铌及其合金钨、钼及其合金可作为火箭发动机喷管材料。铌为航天方面优先选用的热防护材料和结构材料。第九十六页，共98页。 小结1.汽车用材以金属材料为主，塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料也占一定的比例。根据汽车缸体、缸盖、缸套、活塞、连杆、气门、半轴、齿轮等典型零件的工况、性能要求进行合理用材。常用金属材料有调质钢、渗碳钢、铸铁、铸铝、轴瓦合金等。2.机床(jīchuáng)的零部件很多，主要介绍了机身和底座、齿轮、轴类、联接件、传动件、轴承等零件的用材情况。常用材料有铸铁、调质钢、铜合金、工程塑料等。3.仪器仪表的壳体、轴类、凸轮、齿轮、蜗轮和蜗杆等用材情况：调质钢、铜合金、铝合金、工程塑料等。第九十七页，共98页。 4.热能设备种类很多，锅炉(guōlú)和汽轮机主要零件，如锅炉(guōlú)管道、锅炉(guōlú)汽包、汽轮机叶片、汽轮机转子和静子等采用高合金耐热钢、高温合金等制造。5.化工设备用材：合金钢（不锈钢、耐热钢），有色金属及其合金（铜合金、铝合金），非金属材料（陶瓷、工程塑料）。6.航空航天器用材:高合金耐热钢、高温合金、镍基耐蚀合金、铝合金、镁合金和钛合金等。第九十八页，共98页。